如何培养初中生的实验设计能力

张锦来

实验设计是做好实验的第一步，实验设计技能是实验性科学研究者的必备素质。实验设计给学生以更大的思维扩展空间，有利于提高学生的科学素质和创新能力的培养。本文仅就笔者多年实验教学中的一些做法谈点浅见。

一、指导学生撰写实验设计方案

一份目的明确,取材合理,步骤正确,条理清晰,准确度高的实验设计方案能使实验有条不紊,省时间且成功率高。一般来说,一份完整的实验设计方案，包括实验序号、实验名称、实验目的、实验原理、实验器材和用具、实验方法和步骤、实验结果记录和分析等七项内容。其中第六项可采用流程式，第七项可采用图表式书写。实验设计综合程度大，学生每做一个实验之前，我都要求他们认真写一份实验设计方案，交教师精心批改，然后按方案操作，如实填写实验结果记录并加以分析。这样既减少了实验误差，又增加了实验指导的针对性。

例如，在观察物体沉浮条件的实验中，撰写的实验设计方案是：

实验思路：物体在水中沉浮的现象——经过简单的推测、验证——获得关于物体沉浮和物体本身大小、轻重关系的认识。

实验步骤：1.预测物体在水中沉浮情况——观察，实验——修正认识，思考：物体的沉浮与什么有关？（轻重、大小、材料）

2.研究与轻重关系：推测——实验——自我否定——控制大小，再实验——修正认识。

3.研究与大小关系：推测——实验——自我否定——控制轻重，再实验——修正认识。

二、指导学生从设计中预见结果

培养学生的预见能力，能提高实验成功率。具有积极参与实验设计的愿望，具有一定的提出问题分析问题的能力，实验设计中，只要有偏差疏漏，按实际方案实验时，就不能得出正确结果。若能在设计时，加强预见指导，启发学生按这一方案操作会出现什么结果，就能发现偏差疏漏，把实验失误减少到最小程度。

例如，还是在观察物体沉浮条件的实验中，有一袋东西，有胡萝卜、泡沫塑料、铁螺帽、橡皮块、回形针、牙签、蜡烛、卵石。请同学们先预测一下各个物体沉浮情况再实验。把预测的结果填写在下发的表格中。有的学生没有预测，开始把材料放在水面上，教师及时进行了制止。学生经过讨论预测如下：

螺卵橡萝蜡回泡牙

重轻

学生预测后再进行有条不紊的实验，并在记录表上进行记录。

缠纱布从水中拿出的温度计有何变化。学生从问题入手（从游泳池里出来后身上有冷的感觉）→猜想假设、预测结果（温度计的读数上升、下降还是不变），老师同时统计持不同意见的学生人数，并记录在黑板上。学生合作实验缠纱布从水中拿出的温度计有何变化，验证预测结果，并作好记录（搜集数据，养成科学研究的好习惯，体验科学探究要尊重证据）。学生汇报实验现象，老师证实学生预测结果正确与否，加深认识。根据以上实验结果分析、归纳得出：水蒸发从周围吸热。按照修改的设计方案操作，实验很成功。

三、指导对设计实验进行验证，提高设计的准确性

实验设计具有超前性，因此能保证实验成功。中学阶段加强这一训练，日后进行大型实验，就可避免差错和损失。有些实验设计，仅凭遇见结果，学生还很模糊，难以发现偏差疏漏。若让学生按实验设计方案操作一遍，加以实验，学生便易发现设计中的不足，理解透彻，印象深刻，记得牢。这在初学者尤为突出。

如学生观察草履虫实验，不管是设计中，还是操作中都易忘记放障碍物。我在批阅实验设计方案时，发现这一疏漏，便让其照自己的方案做一遍，结果草履虫游动不止，看不清结构。于是在修改方案时，加上障碍物，我启发他们只要减缓草履虫运动而且能看清，不管什么障碍物都可。于是有添加棉花纤维的，有加机蛋清的，还有滴透明胶水的，结果都一样成功。如根据初一科学教材中根的向水性、向肥性教学内容，增加了一个设计实验，让学生自己选材，自己设计操作步骤，把植物的根培养成各种几何图形。学生们的积极性被大大地调动起来了。他们绞尽脑汁，展开想象的翅膀，设计实验方案，寻找实验材料，精心护理，各式各样的根培养出来了。

设计实验是一个全新的课题，怎样使学生在较短的时间内掌握其方法，有待我们进一步去探索，去研究。但实验设计总的基本原则是不变的。就是要把科学性、合理性、实用性、严谨性、一致性、可重复性等有机结合起来，使设计实验多样化。要打破思维定势，使学生的思维具有开放性，体现创新意识和创新能力，从而促进学生思维的发展和创新能力的培养。